T.C. Đstanbul Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Üretim Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi Hücresel Đmalat Sisteminde Hücre ve Yerleşim Düzeni Tasarımı Ateş ATAMTÜRK 25010960822 TEZ DANIŞMANI Doç. Dr. Necdet Özçakar Đstanbul 2009
TEZ ONAYI.. Anabilim- Bilim Dalında. Numaralı.. ın hazırladığı konulu YÜKSEK LĐSANS / DOKTORA TEZĐ ile ilgili TEZ SAVUNMA SINAVI, Lisansüstü Öğretim Yönetmeliği nin 15.Maddesi uyarınca..,.. günü saat../.. de yapılmış, sorulan sorulara alınan cevaplar sonunda adayın tezinin... ne* OYBĐRLĐĞĐ /OYÇOKLUĞUYLA karar verilmiştir. JÜRĐ ÜYESĐ KANAATĐ ( 2 ) ĐMZA
HÜCRESEL ĐMALAT SĐSTEMĐNDE HÜCRE VE YERLEŞĐM TASARIMI ATEŞ ATAMTÜRK Yüksek Lisans, Üretim Ana Bilim Dalı Tez Yöneticisi: Doç. Dr. Necdet Özçakar Aralık 2009 ÖZ Hücresel imalat Grup Teknolojisinin bir uygulamasıdır. Hücresel imalata geçişte birinci adım, makinelerin hücrelere, parçaların ailelere gruplanmasıdır. Daha önceki çalışmalar hücre oluşturmak için gerçek üretim çevresinde yetersiz olan sıfır bir makine parça matrisini kullanmışlardır. Bu tezde daha gerçekçi olan operasyon sıra tabanlı hücre oluşturma metotları incelenmiştir. Gerçek bir hücre oluşturma ve yerleşim düzeni problem akış matrisi tabanlı sezgisel algoritma ile analiz edilmiştir. iii
CELL AND LAYOUT DESIGN IN CELLULAR MANUFACTURING ATES ATAMTURK MS, Department of Manufacturing Supervisor: Doc. Dr. Necdet Ozcakar December 2009 ABSTRACT Cellular manufacturing is an application of Group Technology. The first step in the transition to the cellular manufacturing is grouping the machines into cells and parts into families. Early studies used zero one machine part incidence matrix to perform cell formation which is insufficient for the real life manufacturing environment. In this thesis, operation sequence based cell formation methods were studied which are more realistic. A real life cell formation and layout problem was analyzed by flow matrix based heuristic algorithm. iv
ÖNSÖZ Üretim dünyasında artan rekabet koşulları parti üretimi yapan işletmelerde seri üretim avantajlarından yararlanma gereksinimini arttırmaktadır. Bu amaca ulaşmak için en elverişli disiplinlerden biri olan Grup Teknolojisi ve onun üretim sistemlerine uygulanmış biçimi olan hücresel imalat konusu son yıllarda oldukça hızla gelişen bir üretim şekli olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu tezde, ilk zamanlar teorik yöntemlerle kısmen üretim ortamına uygulanan hücresel imalatın, giderek gerçek üretim koşullarının kısıtlarını göz önüne alarak gelişimi ve son olarak üretim akış bilgisini kullanan daha gerçekçi hücre oluşturma ve hücre yerleşim düzeni belirleme yöntemleri incelenmiştir. Tezin sonunda ise yapılan uygulama ile üretim akış bilgisini kullanan yöntemlerin üstünlükleri analiz edilmiştir. Yönlendirmeleriyle tezin şekillenmesini sağlayan ve bilimsel araştırma yöntemleri konusunda yardımlarını esirgemeyen tez danışmanım Sn. Doç. Dr. Necdet Özçakar a teşekkür ederim. v
ĐÇĐNDEKĐLER TEZ ONAYI... i ÖZ... iii ABSTRACT... iv ÖNSÖZ... v ŞEKĐLLER... ix BĐRĐNCĐ BÖLÜM: ÜRETĐM SĐSTEMLERĐNE GENEL BĐR BAKIŞ... 3 1.1 Üretim Sistemi... 3 1.2 Üretim Sistemlerinin Sınıflandırılması... 3 1.2.1 Sürekli Tip Üretim Sistemi... 3 1.2.2 Atölye Tipi Üretim Sistemi... 5 1.2.3 Proje Tipi Üretim Sistemi... 6 ĐKĐNCĐ BÖLÜM: GRUP TEKNOLOJĐSĐ KAVRAMI VE HÜCRESEL ĐMALAT... 9 2 Giriş... 9 2.1 Grup Teknolojisi ve Tarihsel Gelişimi... 9 2.2 Parça Gruplama... 10 2.3 Hücresel Đmalat... 12 2.4 Hücresel Đmalatın uygulanması... 16 2.5 Hücre Oluşturma Problemi... 18 2.6 Hücre Oluşturma Yöntemlerinin Gelişimi... 21 2.7 Hücre Oluşturma Problemlerinde Operasyon Sıra Verisi Kullanan Modeller 30 2.7.1 Matematiksel Programlama... 30 2.7.2 Ağ Analizi Metodu... 31 2.7.3 Malzeme Akış Analizi Metodu... 31 2.7.4 Sezgisel Metot... 32 ÜÇÜNCÜ BÖLÜM: HÜCRE OLUŞTURMA METOTLARI... 34 3 Giriş... 34 3.1 Đkili Makine-Parça Matrisi... 34 3.1.1 Hiyerarşik Metotlar... 35 3.1.2 Hiyerarşik Olmayan Metotlar... 43 vi
3.1.3 Dizi Tabanlı (array based) Kümelendirme Metotları... 50 3.2 Đkili Makine Parça Matrisini Kullanan Metotlar Đçin Genel Değerlendirme... 57 3.3 Operasyon Sırasını Kullanan Metotlar... 58 3.3.1 Operasyon Sırasını Kullanan Benzerlik Katsayıları... 60 3.3.2 Makine Hücrelerinin Gruplanması ve Yerleştirilmesi... 60 3.3.3 Tavlama Benzetimi Yaklaşımı (Simulated Annealing Approach)... 64 3.3.4 Çoklu Benzer Makinelerle Đmalat Hücresi Oluşturma Đçin Tavlama Benzetimi Yaklaşımı... 67 3.3.5 Hücre Oluşturma için Sıra Verili Bir Kümelendirme Algoritması (CASE) 80 3.3.6 Genetik Algoritmaları Kullanan Metotlar... 88 3.3.7 Operasyon Sıra Verisini Kullanan Melez Sezgisel Algoritmalar... 97 3.3.8 Hücre Oluşturma Problemi Đçin Dal-Sınır la Đyileştirilmiş Genetik Algoritma 98 3.3.9 Doğrusal Hat Boyunca Hücre Atama Probleminin Grafik Metot Kullanılarak Çözümü... 111 DÖRDÜNCÜ BÖLÜM: HÜCRE OLUŞTURMA ĐÇĐN AKIŞ MATRĐSĐ TEMELLĐ SEZGĐSEL METOT... 118 4 Giriş... 118 4.1 Akış Matrisi Girdisi... 118 4.2 Hücre Oluşturma ve Yerleşim Tasarımı Algoritması... 119 4.3. Hücre Oluşturma ve Yerleşim Düzeni Tasarımı Đçin Performans Göstergesi 122 4.3.1. Hücre Hareket Đndeksi... 122 4.3.2. Hücre kullanım Đndeksi... 122 4.3.3. Toplam Hareket Đndeksi... 123 BEŞĐNCĐ BÖLÜM: AKIŞ MATRĐSĐ TEMELLĐ SEZGĐSEL ALGORĐTMA ĐÇĐN HÜCRE OLUŞTURMA VE YERLEŞĐM DÜZENĐ TASARIMI ĐÇĐN BĐR UYGULAMA... 124 5. Giriş... 124 5.1. Ürün Gamı... 125 vii
5.2. Fabrikanın Mevcut Yerleşim Düzeni... 126 5.3. Derece Sıra Algoritmasının Uygulanması... 129 5.4. CASE Algoritmasının Uygulanması... 129 5.5. Akış Matrisi Tabanlı Sezgisel Algoritmanın Uygulanması... 135 SONUÇ VE DEĞERLENDĐRME... 139 BĐBLĐYOGRAFYA... 142 viii
ŞEKĐLLER Şekil 1. n işlemli bir sürekli tip üretim sistemi.... 4 Şekil 2. Atölye tipi üretim sistemi.... 6 Şekil 3. Proje tipi üretim sistemi... 7 Şekil 4. Hücresel imalat sisteminin ana yapısı... 13 Şekil 5. Hücresel imalat sistemleri.... 14 Şekil 6. Makinelerin bir hücresel imalat sistemi içinde düzenlenmesi... 15 Şekil 7. Grup teknolojisi için sınıflandırmalı gözden geçirme çerçevesi... 27 Şekil 8. Hücre oluşturma metotlarının sınıflandırması... 28 Şekil 9. Çözüm yaklaşımlarının sınıflandırılması... 28 Şekil 10. Benzerlik katsayılarına göre oluşturulmuş dendogram... 37 Şekil 11. Ortalama bağlantılı kümelendirme örneğine ait dendogram... 41 Şekil 12. Makine hücrelerinin gruplanması ve yerleştirilmesi için 1. aşama akış diyagramı... 64 Şekil 13. Permutasyon kodlamanın kullanıldığı kromozom... 91 Şekil 14. 6 makine için 3 hücre çözümlü akış çizgesi... 91 Şekil 15. Rulet tekerleği seçme operatörü.... 93 Şekil 16. GA'da çaprazlama operatörünün uygulanması... 94 Şekil 17 GA'da mutasyon operatörünün uygulanması... 94 Şekil 18. Dal Sınır Yönteminde sayım ağacı.... 95 Şekil 19. Tablo 48'de verilen makine parça matrisinin çizgesi.... 102 Şekil 20. Çaprazlama sonucunda oluşan bireyler.... 105 Şekil 21. Yavru 6'da yapılan mutasyon işlemi.... 105 Şekil 22. Dal-sınır iyileştirme... 106 Şekil 23. Çizgenin alt çevrimlere bölünmesi.... 107 Şekil 24. Çizge için w1 ve w3 alt çevrimlerinin toplamı.... 107 Şekil 25 Dallandırma kuralının gösterimi.... 108 Şekil 26 Đş istasyonları ve AS/R makinesinin gösterimi... 111 Şekil 27. (a) N=4 iş istasyonlu problem için 1-yer şebeke. (b) iş istasyonu 3'ün atamasının yapılmış olduğu N=4 iş istasyonu için 2-yer şebeke.... 114 Şekil 28. Grafik metodu için 4 makine ve 3 ürün için örnek.... 116 ix
Şekil 29. Grafik metodu sayısal örneğinin 1. adımı.... 116 Şekil 30. grafik metodu sayısal örneğinin 2. adımı.... 117 Şekil 31. Hücre oluşturma ve yerleşim tasarımı algoritması akışı... 121 Şekil 32. Fabrikanın mevcut yerleşim düzeni... 127 Şekil 33. Uygulama sonrası işletmenin yeni yerleşim düzeni.... 138 x
TABLOLAR Tablo 1. Farklı üretim sistemlerinin özelliklerinin karşılaştırması.... 8 Tablo 2. 1990 larda hücre tasarımı içi tek kriterli bazı modeller... 26 Tablo 3. Makine parça matrisi... 36 Tablo 4. Benzerlik katsayıları matrisi.... 37 Tablo 5. Ortalama bağlantılı kümelendirme algoritması için örnek makine parça matrisi.... 38 Tablo 6. Ortalama bağlantılı kümelendirme algoritması örneği için benzerlik katsayıları matrisi... 39 Tablo 7. "1" Eşik değerine göre 1. iterasyon sonucu benzerlik katsayıları matrisi... 39 Tablo 8. "0,8" Eşik değerine göre 2. iterasyon sonucu benzerlik katsayıları matrisi... 39 Tablo 9 "0,5" Eşik değerine göre 3. iterasyon sonucu benzerlik katsayıları matrisi... 40 Tablo 10 "0,4" Eşik değerine göre oluşturulan benzerlik katsayıları matrisi... 40 Tablo 11 "0,3" Eşik değerine göre ouşturulan benzerlik katsayıları matrisi... 40 Tablo 12. Tek bağlantılı, tam bağlantılı ve ortalama bağlantılı kümelendirme metotlarının avantaj ve dezavantaj karşılaştırması... 42 Tablo 13. GRAFICS algoritmasına ait makine parça matrisi.... 46 Tablo 14. GRAFICS algoritması örneğine ait benzerlik katsayıları matrisi.... 46 Tablo 15. GRAFICS algoritması örneği için uygulanabilir çözüm.... 47 Tablo 16. GRAFICS algoritması örneği için blok diyagonal matris.... 48 Tablo 17. Küme tanımlama algoritması için başlangıç matrisi örneği.... 49 Tablo 18. Küme tanımlama algoritması 1. iterasyon.... 49 Tablo 19. Küme tanımlama algoritması 1. iterasyon sonucu.... 49 Tablo 20. Küme tanımlama algoritması 2. iterasyon.... 49 Tablo 21. Küme tanımlama algoritması 3. iterasyon... 50 Tablo 22. Küme tanımlama algoritması sonucunda düzenlenen makine parça matrisi.... 50 xi
Tablo 23. Derece sıra algoritması için örnek makine parça ve başlangıç matrisi.... 52 Tablo 24. Derece sıra algoritması örneği 1. iterasyon sonucu.... 52 Tablo 25. Derece sıra algoritması örneği 2. iterasyon sonucu.... 53 Tablo 26. Derece sıra algoritması örneği 3. iterasyon sonucu.... 53 Tablo 27. Derece sıra algoritması örneği 4. iterasyon sonucu.... 53 Tablo 28. Değiştirilmiş derece sıra algoritmasına ait başlangıç makine parça matrisi.... 56 Tablo 29. Değiştirilmiş derece sıra algoritması 2. iterasyon sonuç matrisi ve blok arama prosedürünün uygulanma şekli... 56 Tablo 30. Değiştirilmiş derece sıra algoritması 2. aşama sonunda bulunan temel hücreler ve parça aileleri.... 56 Tablo 31. Değiştirilmiş derece sıra algoritması 3. aşamaya ait benzerlik katsayıları matrisi... 57 Tablo 32. Değiştirilmiş derece sıra algoritması 3. aşama sonucunda hiyerarşik olarak oluşturulan makine hücreleri ve parça aileleri... 58 Tablo 33. Operasyon sıra verisine göre düzenlenmiş bir makine parça matrisi.... 59 Tablo 34 Makine hücrelerinin gruplanması ve yerleştirilmesi yöntemi için operasyon sırasına dayanan makine parça matrisi... 62 Tablo 35. Operasyonlar arası akış matrisi.... 73 Tablo 36. Operasyonlar için makine tipi ve kullanım oranı.... 74 Tablo 37. Makine tipi 1 için operasyon atama sonucu.... 74 Tablo 38. Makine tipi 2 için operasyon atama sonucu.... 75 Tablo 39. Makine tipi 3 için operasyon atama sonucu.... 75 Tablo 40. Makine tipi 4 için operasyon atama sonucu.... 75 Tablo 41. Makineler arası akış matrisi.... 76 Tablo 42. Đlk iterasyonda atanmamış makinelerle hücreler arasındaki ortalama akış.... 77 Tablo 43. 2. iterasyonda atanmamış makinelerle hücreler arasındaki ortalama akış.... 77 xii
Tablo 44. Tüm makineler hücrelere atandıktan sonra tavlama benzetimi algoritmasının başlangıç çözümü.... 77 Tablo 45. Başlangıç çözümü için operasyonlar arası akış matrisinin blok diyagonal yapısı.... 78 Tablo 46. Makineler arası akış matrisi blok diyagonal yapısı.... 79 Tablo 47. Örnek problem için en iyi çözüm.... 79 Tablo 48. CASE algoritması örneği için operasyon sıra verili makine parça matrisi.... 86 Tablo 49. CASE algoritmasında benzerlik katsayıları matrisi.... 86 Tablo 50. CASE algoritması örneğinde 1. iterasyon sonucu makine parça matrisi ve grup teknoloji etkinliği eleman değerleri.... 88 Tablo 51. 6 makinenin 3 hücreye atandığı çözümün genetik zincirine örnek 90 Tablo 52. 3 hücreli ve 9 kenarlı çizge için ikili kod... 92 Tablo 53. Makine-parça matrisine göre parça rotaları... 101 Tablo 54. Genetik algoritma için rastgele üretilmiş başlangıç popülasyonu.. 103 Tablo 55. 27 makine ve 17 iş istasyonundan oluşan operasyon sıra matrisi.. 128 Tablo 56. Uygulamanın Derece Sıra Algoritmasıyla Çözümü.... 129 Tablo 57. Makine parça matrisi için dönüşüm matrisi.... 130 Tablo 58. CASE benzerlik katsayıları matrisi.... 131 Tablo 59. Parça çekirdeği 1'e göre SC kj değerlerini gösteren tablo.... 132 Tablo 60. Parça çekirdeği 2'ye göre SC kj değerlerini gösteren tablo.... 132 Tablo 61. CASE algoritmasında 1. Đterasyonda parçaların hücrelere atanmasından sonra makine parça matrisinin durumu.... 133 Tablo 62. Đterasyon 2'de parçaların atanmasından sonra makine parça matrisinin durumu.... 134 Tablo 63. CASE algoritması 3. iterasyon sonucu makine parça matrisi.... 135 Tablo 64. Operasyon akış matrisi.... 136 Tablo 65. Akış matrisi tabanlı sezgisel algoritma uygulaması sonrası makine parça matrisi.... 137 Tablo 66. Performans hesaplamalarının özeti.... 137 Tablo 67. Uygulamada yapılan hücre oluşturma performanslarının karşılaştırılması.... 141 xiii
Giriş Üretim yapan işletmelerin temel amacı istenen zamanda, istenen kalitede ve uygun fiyatta üretim yaparak kar elde etmektir. Sanayi devriminden 1920 lere kadar gelinen aşamada işletmeler bu amaca ulaşmak için genellikle emek yoğun metotları benimsediler. Bu metotla eğitimli işçiler ve basit ve çok amaçlı araç gereçlerle tüketicinin değişik ihtiyaçlarına cevap verildi. Daha sonraki dönemde Henry Ford ve Alfred Sloan tarafından geliştirilen seri üretim yöntemi sanayide büyük ilgi gördü. Bu metot sayesinde üretilecek ürünler bir üretim hattı boyunca bölünmüş olan operasyonlar ve ürüne özgü makine ve teçhizat ile daha kısa zamanda üretilebiliyordu. Ancak çok çeşitli ürünü çok amaçlı makineler kullanarak üretmek zorunda olan işletmeler bu kavramı doğal olarak kendi işletmelerine uygulayamadılar. Üretim şekli gereği, bu işletmeler için makine ayar zamanları, proses içi stoklar, malzeme taşıma maliyetleri, işçilik ve ekipman maliyetleri gibi faktörler minimize edilmesi gereken problemler olarak kaldı. Parti halinde üretim yapan işletmeler için, seri üretim avantajlarından yararlanma fırsatı ilk defa Mitrafanov tarafından 1966 da ortaya atılan Grup Teknolojisi kavramı ile ortaya çıktı. Grup teknolojisi, üretilecek parçaların tasarım ve üretim karakteristiklerine göre gruplandırmaya çalışan bir yönetim felsefesidir (Heragu, 1994: 203-215). Üretilecek parçaların tasarım ve üretim şekillerinden doğan bu gruplama felsefesi ilk defa üretim ortamında uygulanabileceği Wemmerlov ve Hyer tarafından ortaya atıldığında Hücresel Đmalat Sistemleri ortaya çıktı. Böylece üretim ortamında birbirinden farklı fonksiyonlara sahip makinelerden oluşan imalat hücrelerine, gruplanan parça aileleri atandığında ayar sürelerinin kısaldığı, parçaların atölyede fazla yol kat etmeden hemen hemen aynı hücre içerisinde operasyonlarını tamamlama olanağı olduğu görüldü. Bu yaklaşım sayesinde çok çeşitli üretim gamına sahip işletmeler seri üretimin avantajlarından yararlanarak esnek bir imalat sistemi içinde üretim yapabilme olanağı buldular. Önceleri yapılan makine ve parça gruplamada parçaların makine ihtiyaçlarının dikkate alındığı gruplama algoritmaları kullanıldı. Bu metotlar genel olarak sıfır-bir ikili sayı matrisi kullanırlar ve matrisin diyagolinde makine parça kümelerinin oluştuğu bloklarla sonlanırlar. Bu türde yapılan kümelendirmelerin operasyon 1
sıraları, üretim hacimleri, işleme zamanları, hücreler arası hareketler v.b. kısıtları dikkate almaması gerçek üretim şartlarına uygulama zorlukları doğurdu. Bu nedenle son zamanlarda yapılan çalışmalar daha çok aralıklı veri ve sıra verilerini girdi olarak kullanan algoritmalar üzerine yoğunlaşmıştır. Makine parça kümelendirmede sıra verisinin kullanımı, hücre formasyonu problemi üzerinde çalışan kullanıcıya birçok değerli bilgiyi aynı anda sağlar. Bu bilgiler sayesinde sadece hücrelerin oluşturulması sağlanmaz, aynı zamanda hücre içindeki makinelerin yerleşim düzenleri de tanımlanabilir. Sıra verisi kullanılarak hücrelerin biçimlendirilmesi ilk defa Selvam ve Balasubramanian tarafından 1985 de önerildi (Yin ve Yasuda, 2006: 329-352). Sıra verisini kullanan sezgisel yaklaşımlarla geliştirilen algoritmalara ve özellikle son yıllarda kullanılan genetik algoritmalara maksimum hücre sayısı, üretim hacmi, maksimum hücre büyüklüğü, operasyon süreleri gibi üretim kısıtların dahil edilmesiyle, daha yüksek performansa sahip hücre formasyon çözümlerine ulaşılmıştır. Bu tezde, grup teknolojisi kavramı ve onun üretim sistemlerine uygulanmasından doğan hücresel imalat sistemlerinin literatür incelemesinden sonra hücre oluşturma probleminin ikili makine parça matrisini kullanan metotlara yer verilmiştir. Daha sonra araştırmaların özellikle daha gerçekçi sonuçlar vermesi nedeniyle operasyon sıra verisini kullanan metotlara yer verilmiş ve hücre oluşturma ve hücre yerleşim düzenini aynı anda kullanan sezgisel bir algoritma incelenmiştir. Đncelenen algoritmanın önerilen performans kriterleriyle diğer metotlara göre daha iyi performans gösterdiği belirlenmiştir. 2
BĐRĐNCĐ BÖLÜM: ÜRETĐM SĐSTEMLERĐNE GENEL BĐR BAKIŞ 1.1 Üretim Sistemi Belirli bir mal veya hizmeti üretmek amacıyla, belirli miktar ve çeşitteki girdi üzerinde, ekonomik değer katacak işlemleri yapmak üzere, malzeme, makine, insan, metot ve çevre elemanlarıyla oluşturulan sistemlere üretim sistemleri denir. Üretim sistemlerinin çıktıları ise yarı mamul veya mamuldür. Đşte bu girdi ve çıktı arasında kalan üretim sistemleri, ürettikleri çıktının cinsine, çıktıya olan talebe, sistemde yer alan üretim faktörlerin fiziksel kısıtlarına, diğer ekonomik kısıtlara göre çeşitli şekillerde ortaya çıkar. 1.2 Üretim Sistemlerinin Sınıflandırılması Birçok üretim yönetimi uzmanı, üretim sistemlerini farklı şekillerde sınıflandırmaktadırlar. Ancak bunların içinde en genel olanı ve en çok kabul göreni aşağıda yapılan sınıflandırmadır (Yamak, 1993: 27-30). Buna göre üretim sistemleri aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır: 1. Sürekli tip (Flow Shop) 2. Görev tipi (Job Shop) 3. Proje tipi (Project Shop) Sanayinin her kesiminde bu 3 tür üretim sisteminin örneklerini bulmak olanağı vardır. Dolayısıyla, sektör bazında veya bir üretim dalında, belli bir sistemin egemen olduğunu söylemek mümkün değildir. 1.2.1 Sürekli Tip Üretim Sistemi Bu tip üretim sistemlerinde tüm üretim araçları üretilen ürün tipi veya tiplerine özgü tasarlanmıştır. Diğer bir deyişle, sürekli tip üretim sistemi özel amaçlı, tek fonksiyonlu makineleri kullanan ürün akış yerleşim düzeni ile karakterizedir (Kamrahi ve Parsaei, 1994: 450-464). Üretilen ürün tipi sınırlı kalmak kaydı ile birden fazla olabilir. Ürün tipi birden fazla olduğu durumlarda üretim makine ve ekipmanında küçük ayar değişiklikleri yapmak sureti ile bir ürün tipinin üretiminden diğerine geçmek mümkün olur. Sürekli üretim sisteminde üretilen ürün miktarlarının 3
çok yüksek olması da bu üretim sisteminin diğer bir özelliğidir. Dolayısıyla bu üretim sistemi uzun süreli, yüksek hacimli ve düzenli bir talebe ihtiyaç gösterir. Üretilen ürünün talebinde büyük bir düşme veya tamamen ortadan kalkması durumunda, tamamen yeni bir ürüne geçiş kısa sürede sağlanamaz. Çünkü bu üretim tipinde kullanılan, makine ve ekipman üretilen ürüne özgü tasarlandığından, esnek bir yapıya sahip değildir. Bununla birlikte sisteme giren girdilerin de süreklilik arz etmesi, sistemdeki akışın devam etmesini sağlar. Girdilerdeki kesiklik direkt olarak sisteme yansır ve sistemde duruşlara neden olur. Aynı şekilde sisteme ait makine veya ekipmandaki bir arıza veya duruş, tüm sistemin tamamen veya kısmen durmasına neden olur. Sürekli üretim tipinin yukarıda bahsedilen özelliklerinden de anlaşılacağı gibi, sistemin üretim hızı diğer üretim tiplerine oranla çok yüksektir. Bunun dışında yine diğer üretim tiplerine oranla sistemin yönetimi, geliştirilmesi, yapılan değişikliklerin yerleştirilmesi ve izlenmesi de bu üretim tipinin sağladığı avantajlardandır. Sistemde yer alan işlem birimlerini kolay yönetilebilir küçük parçalara bölmek suretiyle departmanlaşma sağlanmış olur. Örnek olarak, tornalama, delme, frezeleme, taşlama şeklinde giden bir işlemler dizisinde yer alan benzer işlemlerin sırasını değiştirmeden ayrı departmanlarda toplanması, ürünün montaj hattına dengeli akmasını sağlar. Buradan da anlaşılacağı üzere sürekli tip üretim sisteminde üretim hızı diğer üretim tiplerine oranla çok yüksektir. Bunun dışında bu üretim tipinin her açıdan yönetimi kolaydır. Diğer üretim tiplerinde olduğu gibi uzun hazırlık zamanlarına ihtiyaç duymaz. Üretilecek ürün hacimleri yüksek olduğundan sistemde bir kez ayar yapıldıktan sonra, sistem uzun süre aynı ürünü üretir. Sistemin daha hızlı ve etkin çalışabilmesi için geliştirme faaliyetleri daha kolay yürütülür. Yapılan işlem dizileri hep aynı olduğundan izlenmesi, incelenmesi ve geliştirilmesi kolaydır. Ayrıca proses içi stoklar ve hammadde stokları çok düşük düzeyde olduğu gibi, tam zamanında üretim uygulaması olan sistemlerde sıfır stok ile çalışılır. Şekil 1. n işlemli bir sürekli tip üretim sistemi (Yamak, 1993: 27-30). 4
1.2.2 Atölye Tipi Üretim Sistemi Bu tip üretim sistemlerinde kullanılan makine ve ekipman, üniversal olarak da tabir edilen, çok amaçlı, çok çeşitli ürünlerin üretilmesine olanak veren üretim araçlarıdır. Üretilen ürünler birbirinden çoğunlukla farklı ve çok sayıda çeşide sahip, buna karşın üretim adetleri düşüktür. Her bir ürün çeşidine ait bağlama aparatı, kesici takım, teknik bilgi paketi, makine ayarı v.b. birbirinden kısmen veya tamamen farklıdır. Bu farklılık beraberinde kalifiye işgücü gerektirir. Sürekli tip üretim sisteminde olduğundan farklı olarak, bu üretim sistemi ürettiği ürünlerin talep yapısından etkilenmez. Sistem yeni bir ürünü bünyesine kolaylıkla alabilir. Đşletmenin bir üründen diğerine geçişte kapasite kullanım oranının düşmesine karşın, bu üretim tipi daha geniş bir ürün çeşidini pazara sunma avantajını sağlar. Atölye tipi üretim sisteminde makine ve ekipmanın yerleşim düzeni, fonksiyonel yerleşim düzenine sahip olduğundan, işlem gören malzemelerin atölye içinde kat ettikleri mesafeler çok fazladır. Bu tip üretim sistemine sahip bir talaşlı imalat atölyesinde örneğin tüm tornalar bir yerde, tüm matkaplar ayrı bir yerde v.s. bulunurlar. Böylece tornalanacak olan malzeme önce torna bölümüne gelir, delik delme için matkapların bulunduğu bölüme gider. Bu durum proses içi stokların artmasına da yol açar. Bunun dışında üretilen ürünler birbirinden farklı olduğundan, sırası gelen işlem için makine veya iş merkezine gelen malzeme için yeni baştan makine ayarı, takım ve aparat değişimi v.b. yapılır. Bu durum standart zamanın artmasına neden olur. Hatta bazı durumlarda, teknik bilgi paketinin ilgili departmandan gelmesi bile zaman kaybına neden olabilir. Üretilen ürünlerde standadizasyon düşük oranda olduğundan prosesin hatalı ürün üretme riski vardır. Kalite iyileştirme çalışmaları uzun zaman alır ve etkinliği düşüktür. Atölye tipi üretim sisteminin bu olumsuzluklarını ortadan kaldırmak için hücresel imalata geçiş en etkili yoldur. Zira hücresel imalatın asıl amacı atölye tipi üretimi, sürekli tip üretim sistemine yaklaştırmak olduğundan, bahsi geçen kayıp zamanlar en aza indirilir. 5
Şekil 2. Atölye tipi üretim sistemi (Kamrahi ve Parsaei, 1994: 450-464). 1.2.3 Proje Tipi Üretim Sistemi Proje tipi üretim yukarıda verilen sistemlerden tamamen farklıdır. Proje tipi üretim sisteminde üretilen ürün bir proje kapsamında ele alınır. Proje belirli adımlardan oluşur ve bu adımların en erken ve en geç tamamlanma süreleri mevcuttur. Proje tipi üretimde üretilen ürün çoğunlukla bir kez üretilir ve üretim tamamlandıktan sonra proje ömrünü tamamlar. Hatta bazı durumlarda üretim tesisi tamamen ortadan kalkar. Örneğin bir baraj üretiminde baraj tamamlandıktan sonra üretimde kullanılan tüm tesisler yerlerinden kaldırılır. Bu üretim tipinde çoğunlukla üretim faaliyetlerinde kullanılan makine, ekipman ürünün etrafında yer alır. Gerektiğinde işini tamamlayan makine yerine kaldırılır. Projenin zaman planlaması bu süreler göz önüne alınarak yapılır. Projelerin planlanmasında CPM, PERT, GANNT gibi tekniklerden yararlanılır. Proje tipi üretim yukarıda verilen özellikleri nedeniyle diğer üretim sistemlerinden tamamen ayrılır. Dolayısıyla ne sürekli bir akıştan, ne de kesikli bir üretimden söz edilebilir. Sisteme giren girdiler çok sayıda ve çeşitte olup, bu girdilerin sürekli ve kesikli gelmesi sistemi etkilemez. Ayrıca bu sistem talep yapısından etkilenmez. Çünkü diğer üretim sistemlerinden farklı olarak burada talep bir kerelik oluşur ve sistem bu talebi karşıladıktan sonra mevcudiyetini yitirir. Ayrıca burada yerleşim düzeni üretim araçlarının, üretilen ürün etrafında toplandığı bir yapıdadır (Şekil 3). 6
Şekil 3. Proje tipi üretim sistemi (Kamrahi ve Parsaei, 1994: 450-464). Aşağıda verilen Tablo 1 de farklı üretim sistemlerinin makine çeşitleri, proses tasarımı, hazırlık süresi, proses içi stok, parti miktarı, termin süresi kriterleri açısından karşılaştırılması görülmektedir. 7
Tablo 1. Farklı üretim sistemlerinin özelliklerinin karşılaştırması (Kamrahi ve Parsaei, 1994: 450-464). ÖZELLĐK Atölye Tipi Job Shop Akış Tipi Flow Shop Proje Tipi Project Shop Hücresel Makine Esnek, genel Özel ve tek Genel ve mobilize Esnek ve Çeşitleri amaçlı amaçlı programlanabilir Malzeme Taşıma Elle taşıma Transfer hattı Elle ve otomatik Otomatik taşıma Hazırlık Süresi Uzun, değişken Uzun Değişken Tek Parti Miktarı Proses Đçi Stoklar Orta ve küçük hacimli parti Büyük hacimli parti Küçük hacimli parti Küçük hacimli parti Büyük Büyük Değişken Düşük Kalite Kontrol Rastgele Rastgele %100 kalite kontrol %100 kalite örnekleme örnekleme kontrol 8
ĐKĐNCĐ BÖLÜM: GRUP TEKNOLOJĐSĐ KAVRAMI VE HÜCRESEL ĐMALAT 2 Giriş Grup teknolojisi, bir imalat sisteminde mevcut olan çok çeşitlilikteki üretim parçalarının, parçaların tasarım (şekil, boyut, tolerans v.b.), ve imalat (üretim için gereken makineler, prosesler v.b.) özelliklerini kullanarak belli sınıflar altında toplamak ve bu sınıflandırmayı imalat ortamında bir takım kazançlar sağlamak için kullanmaya dayalı bir disiplindir. Grup teknolojisinin kullanılarak imalat makinelerinin atölye ortamında gruplanması ve benzer özellikteki parça ailelerinin bu makine gruplarında üretilmesine dayanan üretim şekli ise hücresel imalattır. 2.1 Grup Teknolojisi ve Tarihsel Gelişimi Üretimde Grup Teknolojisi kavramının kullanıldığı ilk tarih 1925'dir (Kamrahi ve Parsaei, 1994: 450-464). Bu tarihte R.E.Flanders Grup Teknolojisine benzer bir imalat kavramı kullanmıştır. Flanders proses, taşıma minimizasyonu ve işin gözle kontrolden çok, ürünün standardizasyonu ve ürüne göre departmanlaşmayı önermiştir. Önerilen bu kavram daha sonra Jones ve Lamson makine şirketinde uygulanmıştır. 1933 yılında Almanya da Brady ve daha sonra 1938 yılında A. P. Sokolovski Sovyetler Birliği nde Parts be classified and parts with similar features be manufactured together isimli yayınında parçaların gruplanabileceğini ve benzer özelliklere sahip olan bu parça gruplarının birlikte standart prosesle üretilebileceğini ortaya koymuştur. Sokolovsky çalışmasını genişleterek proses tabanlı bir sınıflandırma metodu geliştirmiştir. Yine 1938 yılında J.C. Kerr Üretim Mühendisleri Enstitüsüne sunduğu makalesinde makinelerin gruplanmasına dayanan atölye tipi üretim yerleşim düzenini tartışmıştır. 1949 yılında Đsveç te A. Korling Group Production isimli makalesinde seri üretim tekniklerinin parti üretimine adaptasyonundan bahsetmiştir. Hemen hemen 1960 ların sonuna kadar grup teknolojisinin gelişimi Sovyetler Birliği nde olmuştur. 1953-1965 yılları arasında bu ülkede 750 den fazla işletmede grup teknolojisi uygulanmaya başlamıştır. 1950-57 yılları arasındaki süreçte birden çok parça ailelerine tek aile-makine yaklaşımının gelişmesiyle grup teknolojisinin temelleri ortaya çıktı (Gallagher, Grayson, ve Phillips, 1971: 229-237). imalat sanayinde artan rekabet atölye tipi üretim yapan işletmelerde rekabet gücünün 9
arttırılması gerekliliğini doğurmuştur. Tüketicilerin artan ihtiyaçları ürün çeşitliliğini arttırmış ve üreticilerin bu ihtiyaçları karşılamak için her geçen gün bünyelerine kattıkları yeni ürünleri üretime almaları üretim ortamında üretim partilerinin karmaşık rotalar izlemesine, makineler arasında proses içi stokların artmasına, bazı makinelerin dar boğaz oluşturup bazılarının boş kalmasına, bir partinin operasyonundan sonra kısa aralıklarla ayar yapma zorunluluğunun ortaya çıkmasına, kalitesizlik maliyetlerinin artışına neden olmuştur. 1959 yılında S P Mitrofanov Sovyetler Birliğinde Scientific Principles of Group Technology isimli kitabını yayınlamıştır. Mitrofanov tarafından yayınlanan grup teknolojisi kavramı geniş çeşitlilikteki parçaların tasarım ve imalat özelliklerinin kullanılarak gruplanabileceğini ortaya koydu. Grup teknolojisi, benzer tasarım ve/veya üretim karakteristiklerine sahip ürünlerin gruplandırmasına çalışan yönetim felsefesidir (Heragu, 1994: 203-215). Bu yönetim felsefesine göre artık işletmelerdeki ürün çeşitliliği azaltılmış, üretim planlama, ürün tasarımı gibi konularda birçok kolaylıklar sağlanmıştı. Grup teknolojisinin asıl temellerinin atıldığı bu kitapta Mitrofonov ayrıca Sovyetler Birliğinde 800 fabrikada GT uygulama sonuçlarını vermiştir. Mirofonov un kitabı 1966 yılında Đngilizceye çevrilmiştir. 1960 ların başında Opitz çok çeşitli ürün üreten firmalarda iş parçası istatistikleri üzerinde araştırma yapmış ve parçaları geometrik özelliklerine göre kodlayarak sınıflandıran bir sistem kurmuştur. 1960 yılında Burbidge üretim akış analizi olarak bilinen GT için sistematik planlama yaklaşımını geliştirmiştir. Bundan sonra Grup Teknolojisi özellikle Rusya, doğu ve batı Avrupa ülkelerinde yaygınlaştı. Bu sırada Amerika Birleşik Devletlerinde ise gruplandırma ve kodlama ile ilgili bazı belirtiler görülmüştür. Burbidge in üretim akış analizinden sonra GT probleminin formülasyonu ve çözümüne gerçek anlamda analitik yaklaşım 1972 yılında Mc Auley tarafından yapılmıştır (Chandrasekharan ve Rajagopalan, 1986: 1221-1233). Mc Auley makine ve parçaları temsil etmek için bir sıfır-bir matrisi ve grupları bulmak için de bir tek bağlantılı kümelendirme algoritması kullanmıştır. Kümelendirme Jacard ın benzerlik katsayısı temelinde yapılmıştır. Mc Auley in çalışmasından sonra parça ve makine gruplandırma çalışmaları hız kazanmıştır. 2.2 Parça Gruplama GT ve hücresel imalat yapılandırma çalışmalarında ilk yapılacak iş sistemdeki 10
tüm parçaların gruplanarak parça ailelerinin oluşturulması ve daha sonra makinelerin gruplanarak imalat hücrelerinin oluşturulmasıdır. Parça ailelerinin oluşturulması genellikle zahmetli bir işlemdir ve dikkatli bir planlama gerektirir. Parçaların imalat ve tasarım benzerliklerinin kullanılarak yapılan gruplama işleminde kullanılan üç değişik metot vardır (Heragu, 1994: 203-215). Bunlardan ilki görsel olarak yapılan gruplamalıdır. Burada parçalar hakkında yeterli bilgi ve tecrübesi olan gruplayıcı parçaların şekil, boyut, çap, malzeme gibi özelliklerini kullanarak gruplama yapar. Ancak bu yöntem yeteri kadar kapsamlı olmadığı ve insan inisiyatifinde olduğundan verimli değildir. Đkinci yöntem Burbidge tarafından önerilen üretim akış analizidir. Üretim akış analizi parçaların rota bilgilerinden yararlanılarak yapılır. Parçaların talep ettikleri proses özelliklerine göre yapılan bu gruplamada rota bilgilerinin doğruluğu büyük önem kazanır. Üçüncü gruplandırma yöntemi ise sınıflandırma ve kodlama yöntemidir. Burada parçalar tasarım ve proses özelliklerine göre bağımsız olarak değerlendirilerek sınıflanır ve ardından kodlanır. Literatürde kullanılan üç çeşit kodlama yöntemi vardır. Monokod kodlama yönteminde kod içindeki her bir basamağın tek başına anlamı yoktur, basamaklar önceki basamaklarla birleştirildiğinde anlam kazanırlar. Polikod yönteminde her bir basamak ayrı bir özelliği tanımlar. Her iki metodun birleştirilerek kullanılmasıyla hibrid kodlama sistemi ortaya çıkar. En çok kullanılan bu kodlama sitemi bir monokod yapısı içinde küçük polikod serileri içerir. Literatürde iyi bilinen sınıflama ve kodlama sistemlerine örnek vermek gerekirse BRISCH, CODE, MICLASS, OPITZ, KC-1 en çok kullanılan yöntemlerdir (Ballakur ve Steudel, 1987: 639-665). Đyi tasarlanmış bir parça sınıflandırma ve kodlama sisteminin yararları genel olarak aşağıdaki gibidir (Kamrahi ve Parsaei, 1994: 450-464): a) Parça ailelerinin ve makine hücrelerinin oluşturulmasına yardımcı olur. b) Tasarım, teknik resim ve proses planlarının kolay elde edilmesini sağlar. c) Tasarımların yinelenmesine engel olur. d) Makine, ekipman ihtiyaçlarının kolay tahmin edilmesini sağlar. e) Güvenilir iş parçası istatistikleri sağlar. 11
f) Üretim planlama ve çizelgeleme prosedürlerine yardım eder. g) Maliyet tahminini geliştirir ve maliyet muhasebesi prosedürlerinin kurulmasını sağlar. h) Daha iyi makine kullanımı ve daha iyi aparat, takım ve insan gücü kullanımı sağlar. 2.3 Hücresel Đmalat Grup teknolojisi felsefesindeki gelişmeler, parça ailelerinin imalat ortamında makine ve teçhizat arasında yapılacak gruplamalarla üretilebileceğini gösterdi. Bu nedenle, hücresel imalat, grup teknolojisinin başarılı bir imalat uygulamasıdır (Mahdavi, Shirazi, ve Paydar, 2008: 943-953). Grup üretim ve aile programlama olarak da bilinen hücresel imalat, parça ailelerini, operatör veya robot tarafından çalıştırılan tek bir hat veya makine hücresi içinde üreten üretim prosesi olarak da tanımlanabilir (Kamrahi ve Parsaei, 1994: 450-464). Ideal olarak bir hücre, bir parçanın başından sonuna kadar tek ve sürekli bir akışta işlenebildiği (geriye akış olmadan), fiziksel olarak yakın bir şekilde konumlandırılmış birbirine benzemeyen makineler grubudur (Ballakur ve Steudel, 1987: 639-665). Burada belirtilen geriye akış olmama durumu açıktır ki akış tipi üretime yaklaşma hedefinin en önemli kriteridir. Bu nedenle tezin son bölümünde incelenecek olan sezgisel metot bu kriterle ilgili bir de performans ölçütü önermektedir. Đmalat hücreleri makine ekipman ve işgücü bakımından insanlı ve insansız olarak 2 ye ayrılırlar. Đnsanlı hücrelerde operatörler birden fazla makineye nezaret ederler. Đnsansız hücrelerde ise operatörlerin yaptığı işler robot, otomatik malzeme taşıma sistemi, programlanabilir makinelere aktarılır. Đnsanlı ve insansız hücrelerin yerleşimine ilişkin bir örnek Şekil 5 de görülebilir. Özellikle insanlı imalat hücrelerinde taşıma hareketlerinin en küçüklenmesi amacıyla genellikle U şeklinde yerleşim yapılır. Bu tip yerleşimde işlenecek parçalar U nun bir bacağından girip sırayla ilgili makinelere uğradıktan sonra U nun diğer bacağından hücredeki işlemlerini tamamlamış olarak hücreyi terk ederler (Şekil 4). Grup teknolojisi, üretim sistemlerine 3 yolla uygulanabilir (Wemmerlov ve Hyer, 1989: 1512). Parti üretim ortamında ortak olan en basit uygulama ayar 12
etkinliğini sağlamak için parça benzerliklerini temel almaktır. Đkinci uygulama Şekil 4. Hücresel imalat sisteminin ana yapısı (Wang ve K. B. Wu, 2001: 181-188). formal parça ailelerini oluşturmak ve ekipmanları bu ailelere atamaktır (ancak ekipmanlar oldukları durumda bırakılır). Grup teknolojisinin en son uygulaması ise imalat hücrelerini oluşturmaktır. Bir hücresel imalat sisteminin amacı düşük talep yapısına sahip geniş çeşitlilikteki ürünleri yüksek verimle üretmektir. Hücresel imalatta, genellikle fonksiyon olarak benzer olmayan birkaç makine bir hücre içerisinde gruplanır. Böylece hücreye atanmış olan parça ailesi hemen hemen tüm operasyonlarını hücre içinde tamamlayarak ürüne dönüşür. 13
Şekil 5. Hücresel imalat sistemleri (Kamrahi ve Parsaei, 1994: 450-464). Buradan da anlaşıldığı gibi parti halinde yapılan atölye tipi üretim sürekli üretime yaklaşarak onun avantajlarından yararlanmaktadır. Mevcut üretimin hücresel imalat şeklinde düzenlenmesi Şekil 6 da verilmiştir. Buna ilave olarak hücreler, takım çalışmasına yardım eden sosyolojik birimleri temsil eder (Wemmerlov ve Hyer, 1989: 1512). Bu birimler kendi içlerinde daha iyi tanıdıkları üretim çevresinde ürettikleri parçalara ait kalite problemlerinin çözülmesinde, kayıp zamanların azaltılmasında, prosesin iyileştirilmesinde etkin rol oynarlar. Bir anlamda özellikle 1990 larda yaygınlaşmaya başlayan yalın üretim tekniklerinin uygulanmasına olanak verirler. Özetle hücresel imalatın uygulayıcılara sağladığı tipik avantajlar aşağıdaki gibidir (Kamrahi ve Parsaei, 1994: 450-464), (Heragu, 1994: 203-215) (Burbidge, 1992: 1209-1219): 14
Şekil 6. Makinelerin bir hücresel imalat sistemi içinde düzenlenmesi (Parsaei, Kolli, ve Hanley, 1997: 181-182). Daha az ayar yapma ve ayar zamanlarının azalması Üretim sürelerinin kısalması Daha fazla imalat esnekliği Proses içi stoklarda azalma ve düşük düzeyde stok bulundurma (jit) Malzeme taşıma maliyetlerinde azalma 15
Ürün maliyetlerinde azalma Daha iyi sorumluluk Otomasyon Yüksek verimlilik Ekipman maliyeti ve direk endirek işçilik maliyetinde azalma Kalite iyileşmesi Makine beklemelerinin azalması ve makine kullanım oranı iyileşmesi Makineler etrafında daha az alan ve alan kullanımının iyileşmesi Çalışan memnuniyetinin iyileşmesi 2.4 Hücresel Đmalatın uygulanması Hücresel imalatta uygulamaya geçilirken en büyük sorun tüm üretim sistemini hücrelere bölmektir. Çözülmesi gereken diğer konular kavramsal olarak ikiye ayrılabilir. Birincisi makine ve ekipmanların yerleşimi, malzeme akışını ilgilendiren donanımsal konular, ikincisi ise çalışanların eğitimi ve şirket kültüründe yapılacak değişiklikler gibi yönetimsel konulardır. Donanımsal konular tasarım ve yatırım sorunudur. Çünkü tüm atölye ortamı yeniden düzenlenecek, bazılarında modifikasyon yapılacak veya yerleri değiştirilecektir. Bazı uygulamalarda yeni makine ve ekipman temin edilmesi de gerekebilir veya gerekliliğin dışında böyle bir yönetimsel karar verilebilir. Yönetimsel konular ise daha fazla zaman ve üzerinde uğraş gerektiren konulardır. Operatörlerin yeniden eğitilmesi, operatörlere yeni işler verilmesi veya işlerin yeniden tanımlanması gerekebilir. Hücrelere atanmış olan operatörler ideal olarak hücredeki tüm işleri bilir olması gerekir (insanlı imalat hücrelerinde). Bu da operatörlerin önceki duruma göre çok işlevli olmaları demektir. Önceki durumda freze operatörü sadece kendi istasyonuna gelen parçaların freze operasyonundan sorumludur. Ancak hücre içindeki operatörler örneğin aynı anda hem freze hem de tornalama operasyonundan sorumlu olabilirler. Hatta çoğu durumda hücrede üretilen tüm parçaların kalitesinden sorumlu olabilirler. Diğer taraftan yönetim kademesinde bulunan yöneticilerin iş tanımlarında değişikler olması kaçınılmazdır. Hücreleri kendi kendine yönetilir olması istenen bir durumdur. Bu 16
durumda yöneticiler rutin olan yönetimsel faaliyetlerden uzaklaşarak daha çok denetleyici ve destekleyici bir rol üstlenmelidirler. Yukarıda belirtilen donanımsal ve yönetimsel konular bir proje yönetimi disiplininde ele alınıp eşzamanlı olarak yürütülmelidir. Aynı zamanda bu iki bacaktan biri eksik kalmamalıdır, çünkü hücrelere bölünmüş bir atölye, hücresel imalat yetkinliğine ulaşmamış çalışanlarla eski durumdan daha kötü performans değerlerine götürebilir. Wemmerlov ve Hyer tarafından A.B.D. işletmelerinde yapılan istatistiksel bir çalışmada tespit edilen, hücresel imalat uygulamasına geçişte karşılaşılan en büyük zorluklar aşağıda sıralanmıştır (Wemmerlov ve Hyer, 1989: 1512): 1) Đnsan ilişkili a) Operatör direnci b) Ustabaşı/kısım amiri direnci c) Yönetim direnci d) Takım çalışması yeteneği eksikliği 2) Ekipman ilişkili a) Makine arızaları b) Özel takım/avadanlık gereksinimi 3) Operasyon ilişkili a) Yükleme ve işgücü dengeleme b) Kapasite dengesizliği c) Hücre çizelgeleme d) Basit akışlara ulaşma Hücresel imalat uygulayan işletmelerin edindiği tecrübelere göre uygulamada dikkate alınması gereken en önemli faktörler aşağıdaki gibidir: 1) Hücre tasarımı a) Đmalat hücrelerinin planlanmasında grup teknolojisi analizi temeldir. b) Ürün ömür çevrimi dikkate alınmalı. 17
c) Hücre içinde karışık akışlardan kaçınılmalı. d) Mastarlama ihmal edilmemeli e) Hücre içindeki ekipman ve metotlar hızlı bir şekilde yenilenmeli. f) Yeni bir tesis tasarımı yapmak daha kolaydır. g) Hücrelerin yeniden tasarlanması için birden fazla iterasyon planlanmalı. 2) Çalışan katılımı a) Yönetim desteği ile hücre gelişimi aktivitelerine operatörler de katılmalı. b) Birim sorumluları/ustabaşları ve üretim çalışanlarının erken aşamalarda katılımı sağlanmalı. c) Hücrelerin planlama aşamasında tüm üretim alanları kapsama alınmalıdır. d) Çalışanların kabul etmesi küçümsenmemeli. 3) Eğitim a) Operatörler için eğitim sağlanmalı, böylelikle hücre içindeki tüm makineleri kullanabilirler. b) Hücre sorumlularının eğitimi hücrelere atanmadan önce tamamlanmalı. 4) Uygulama süreci a) Bir pilot hücreyle çalışmaya başlanmalı. b) Bunun için basit ve başarılı olunma potansiyeli yüksek olan hücre kullanılmalı. c) Uygulama yapılan hücre temin edilen ürün için tek kaynak olmamalı. d) Đnsansız hücreler için en yetenekli çalışanlar seçilmeli. e) Şüphe olduğu durumlarda hücreyi devreye almayın. 2.5 Hücre Oluşturma Problemi Hücresel imalat sistemlerinin tasarımında en önemli problem hücre oluşturma 18
problemidir. Hücresel imalat sisteminin temel prosedürü üretilecek parçaları özelliklerine göre parça ailelerine bölmek ve parça ailelerinin operasyon ihtiyaçlarına göre makineleri gruplayarak makine hücrelerini oluşturmaktır. Hücre formasyonu olarak tanımlanan bu problem daha genel şekilde Wu ve Salvendy tarafından şu şekilde verilmiştir: Eğer makinelerin sayısı, tipi, kapasiteleri, üretilecek parçaların tipi, sayısı ve her bir parça için rota bilgileri, ihtiyaç duydukları makine standartları biliniyorsa, hangi makineler ve onlarla ilişkili olan parçalar hücreleri biçimlendirmek için birlikte gruplandırılmalıdır? (Selim, Askin, ve Vakharia, 1998: 3). Hücre oluşturma probleminde kullanılan metot ne olursa olsun gerçek üretim ortamında var olan kısıtları dikkate aldığı sürece başarılı olur. Hücre formasyon problemlerinde dikkate alınması gereken en önemli kısıtlar aşağıdaki gibidir (Heragu, 1994: 203-215), (Heragu ve Gupta, 1994: 125-140): Makine kapasiteleri: Hücre içinde gruplanan makinelerin kapasiteleri, kendilerine atanan parça ailelerinin taleplerinden büyük olmalıdır. Aksi halde hücreler arası hareketlerde artış meydana gelir. Operasyon sıraları Güvenlik ve teknolojik faktörler: Hücreler içindeki makineler, üretim ortamının güvenliğini tehlikeye atacak şekilde fiziksel olarak bir araya getirilmemelidir. Örneğin boya ve kaynak makinelerinin birbirine yakın olmaması gerektiği gibi. Makine hücre sayısı ve hücre büyüklüğünün üst sınırı: Bazı üretim sistemlerinde operatör kullanım oranının arttırılması için çok fonksiyonlu operatörler belli sayıda hücreye atanabilirler. Bu durum oluşturulacak hücre sayısını etkiler. Bunun gibi, hücre içine bir operatör atandığında hücredeki makine sayısına da sınırlama getirilebilir. Toplam atölye boyutları da oluşturulan hücrelerin boyutlarına sınırlama getirir. Hücre içi ve hücreler arası taşıma maliyetlerinin en küçüklenmesi: Daha önce de belirtildiği gibi, hücresel imalat tasarımında hücreler arası taşıma istenmeyen bir durumdur. Hücrelere giren parçalar, aynı hücrede tüm operasyonlarını tamamlayıp ürüne dönüşüp hücreyi terk etmesi ideal 19
durumdur. Ancak bu pratikte pek gerçekleşmez. Bazı parçalar diğer hücrelerdeki makineleri talep ederler. Dolayısıyla problem hücreler arası hareketlerin minimize edilmesidir. Bunun yanında hücre içi taşıma maliyetleri de başka bir problem olarak karşımıza çıkar. Bu problemin çözümünde de hücre içi makine yerleşim tasarımı önem kazanır. Optimum çözüme ulaşabilmek için hücre oluşturma ve yerleşim düzeni tasarımı eş zamanlı olarak ele alınmalıdır. Bu tezin konusu olan algoritma her iki problemi eş zamanlı olarak ele almaktadır. Makine kullanım oranı: Makine kullanım oranları da yapılan hücre oluşturulmasından sonra değerlendirilmesi gereken önemli bir faktördür. Makine ve ekipman maliyetleri: Yeni ekipman ihtiyaçları özellikle darboğaz durumlarında ortaya çıkar. Ancak böyle bir maliyet yerleşim düzenin yeniden düzenlenmesi ile örneğin darboğaz makinenin hücreler tarafından ortak kullanılmasıyla aşılabilir. Bunun gibi satın alınacak yardımcı ekipmanlar operasyon maliyetlerinin düşürülmesini sağlayabilir. Diğer yandan işletme ortamında hücresel imalata geçişte temel olarak iki genel yaklaşım mevcuttur. Ya mevcut makine ve ekipman hücreler halinde düzenlenecek, ya da yeni ekipman ve makineler temin edilecektir. Yeni ekipmanlarla düzenlenecek olan hücreler genelde esnek otomasyonun çeşitli şekillerini içerecek şekilde tasarlanırlar. Bu gibi hücreler tipik olarak insansızdır ve hücrelerin işletilmesinde insan rolü parçaların tezgaha yüklenmesi ve tezgahtan alınması, takım değiştirme, bakım ve muayene faaliyetleriyle sınırlandırılmıştır (Selim, Askin, ve Vakharia, 1998: 3). Son yıllardaki gelişmeler sonucunda muayene faaliyetlerinin çoğu da operatör inisiyatifinden çıkmıştır. Bağımsız hücrelerde iş çizelgelemesi: Đlk olarak Vakharia hücresel imalat sistemi tasarımında çizelgelemenin dikkate alınması gerektiğini belirtmiştir. Hücrelerde sistemin tümüne nazaran daha az iş olması çizelgeleme problemlerinin optimal olarak çözülmesini mümkün hale getirmektedir. Đşlem hacmi (kapasite) maksimizasyonu: Đmalat hücrelerinin kapasite artışı çeşitli yollarla arttırılabilir. Örneği ayar için geliştirilecek bir aparat ayar 20
zamanını önemli ölçüde azaltabilir. Bunun sonucunda kapasite artışı sağlanabilir. Alternatif rotalar Hücre oluşturmada en basit metot eye-balling olarak bilinen metottur. Bu metotta yeterli tecrübeye sahip bir operatör tarafından makineler uygun hücrelere atanırlar. Bu yöntem tamamen insan tecrübesine dayandığından ve makine sayısının artışına neden olduğundan verimsizdir. Diğer bir metot parça sınıflandırma ve kodlamadır. Tasarım ve imalat özelliklerine göre sınıflanan parçalar parça ailesi olarak gruplanırlar. Gruplanan bu ailelerin imalat özelliklerine göre makine hücreleri oluşturulur. Bu metodun devamında veya bağımsız olarak üretim akış analizi makine hücrelerine atama yapmak için kullanılabilir. 2.6 Hücre Oluşturma Yöntemlerinin Gelişimi 1960 lardan itibaren özellikle Burbidge nin üretim akış analizini önermesinden sonra, hücre oluşturma ve parça gruplama için birçok model ve çözüm yaklaşımı geliştirilmiştir. Burbidge 1963 te yaptığı sınıflandırmada hücre oluşturma problemlerini 3 e ayırmıştır (Heragu, 1994: 203-215): 1) Pratik Kural (Rule of Thumbs Techniques), 2) Sınıflandırma ve Kodlama Teknikleri, 3) Üretim akış analizi. Burbidge hücre ve parça ailelerinin birlikte oluşturulmasında parçaların tasarım, şekil veya diğer karakteristiklerinin dikkate alınmasının grup teknolojisinde kullanışlı olmadığını söylemiştir (Burbidge, 1992: 1209-1219). King ve Nakornchai (1982) yaptıkları geniş kapsamlı gözden geçirme çalışmasında hücre biçimlendirme modellerini dört alt gruba ayırmıştır (Mansouri, Husseini, ve Newman, 2000: 1201-1218): 1) Benzerlik katsayısı: Bu sınıftaki metotlar iki makine arasındaki operasyonel benzerlikleri kullanarak, geliştirilen algoritmalarla hücre oluşturmaya ve/veya parça ailesi oluşturmaya çalışır. 2) Set teorik: Bu teknikler, bir şebeke kenarları boyunca bir yol olarak 21
temsil edilen makine ve parça süper kümeleri 1 yapılandırırlar. 3) Değerlendirmeli: Bu metotlar üretim akış analizi ile aynıdır. 4) Diğer analitik metotlar: Bunlar kümelendirme teknikleridir. Oluşturdukları algoritmalar vasıtasıyla, makine parça matrisindeki satır ve kolonları yeniden düzenleyerek blok diyagonal yapıyı elde etmeye çalışırlar. Ballakur ve Steudel 1985 de yaptıkları sınıflandırmada parça gruplama ve makine grubu oluşturma yöntemlerini aşağıdaki gibi göstermişlerdir (Ballakur ve Steudel, 1987: 639-665): 1) Parça ailesi gruplama a. Sınıflandırma ve kodlama b. Küme analizi 2) Makine gruplama a. Algoritmik prosedürler i. Küme analizi ii. Çizge kuramı b. Algoritmik olmayan prosedürler 3) Makine-parça gruplama a. Kombinatoryal analiz b. Algoritmik teknikler i. Derece sıra kümelendirme ii. iii. iv. Direkt kümelendirme algoritması Bağ enerji algoritması Askın ve Subramaniam yaklaşımı 4) Manuel teknikler a. Üretim akış analizi kümesidir. 1 Eğer A kümesi B kümesinin bir alt kümesi ise, bu durumda B kümesi A kümesinin bir süper 22
b. Komponent akış analizi Mosier ve Taube (1985) literatürü dört başlığa ayırmıştır: 1) Parça tanımlama, 2) Gruplama, 3) GT atölyesinde çizelgeleme ve 4) GT uygulama. Wemmerlov ve Hyer (1986) 70 den fazla makaleyi incelemiş ve bunları 4 grupta kategorize etmiştir (Mansouri, Husseini, ve Newman, 2000: 1201-1218): 1) Parça özelliklerine göre yapılan gruplandırma 2) Parça rotalarına göre yapılan gruplandırma a. Önce makine gruplarını daha sonra parça ailelerini tanımlayan yaklaşımlar, b. Önce parça ailelerini sonra makine gruplarını tanımlayan yaklaşımlar, c. Parça ailelerini ve makine gruplarını eş zamanlı olarak tanımlayan yaklaşımlar. Han ve Ham 1986 da yayınladıkları Parça ailesi oluşturma için çok amaçlı kümelendirme analizi isimli makalede grup teknolojisi algoritmalarını 4 bölüme ayırmışlardır (Heragu, 1994: 203-215): 1) Peripatetik ve oküler teknikler: Bu teknikler daha önce açıklanan rule of thumb ve eye balling yöntemleriyle aynıdır. 2) Üretim akış analizi teknikleri 3) Sınıflandırma ve kodlama teknikleri 4) Matematik programlama teknikleri: Bu teknikler bulanık matematik, örüntü tanımlama, küme analizi gibi teknikleri kullanırılar. Vakharia 1986 yılında yayınladığı Grup teknolojisinde hücre oluşturma metotları isimli makalesinde 4 başlık altında sınıflandırma yapmıştır (Heragu, 1994: 203-215): 23
1) Tanımlayıcı prosedürler: Üretim akış analizi ve parça akış analizi tekniklerinden oluşmaktadır. Her iki yöntem de temelde bir çok benzerlikler içermektedir. 2) Blok diyagonal teknikler: Bu teknikler yukarıda verilen King ve Nakornchai nin sınıflandırdığı diğer analitik teknikler içinde yer almaktadır. 3) Benzerlik katsayısı teknikleri 4) Diğer analitik teknikler: Bunların arasında yukarıda geçen set teorik metodu vardır. Wemmerlov ve Hyer 1986 da yayınladıkları Hücresel imalatta parça ailesi/makine grubu tanımlama problemi için prosedürler isimli makalesinde sınıflandırma çalışmaları üzerinde kapsamlı bir analiz yapmışlardır. Hücre oluşturma sürecini anlamamızda diğer birçok metodun bize yardımcı olmadığını göstermişlerdir. Bu nedenle grup teknolojisi tekniklerini aşağıdaki gibi sınıflandırmışlardır (Heragu, 1994: 203-215): 1) Makine rotalarının yardımı olmadan parça ailesi tanımlayan teknikler, 2) Rotaları kullanarak parça ailesi tanımlayan teknikler, 3) Sadece makine gruplarını tanımlayan teknikler, 4) Parça aileleri ve makine gruplarını eş zamanlı olarak tanımlayan teknikler. Kusiak ve Chow 1988 de yayınladıkları Üretim sistemlerinin ayrışması isimli makalede grup teknolojisini aşağıdaki şekilde sınıflandırmışlardır (Heragu, 1994: 203-215): 1) Üretim akış analizi teknikleri (PFA) 2) Benzerlik katsayısı teknikleri (Similarity Coefficient) 3) Sıralama tabanlı teknikler (Sorting based) 4) Bağ-enerji teknikleri (Bond energy) 5) Maliyet tabanlı teknikler (Cost based) 6) Küme tanımlama teknikleri (Cluster identification) 24